[发明专利]气体介质悬浮颗粒物净化系统

说明书

技术领域

本发明装置属于净化和过滤技术领域，涉及一种移除气体介质（包括但不限于空气）中悬浮颗粒物的净化和过滤系统。

背景技术

HEPA是市场上最常见的的净化处理方式（HEPA为英文高效空气过滤器HighEfficiencyParticulateAirFilter的缩写）。HEPA采用纯机械式过滤的方式，因而区别于离子、电子类净化设备。一般的HEPA滤网由于技术工艺的原因，对花粉、细菌、灰尘等大的颗粒捕捉比较容易，但对于粒径小于2.5微米以下的颗粒，粒径越小，捕捉越困难。此类设备一般而言风阻较大，需要大功率的为提供空气动力的设备，因而会消耗更多的电力、制造较大的噪音。噪音、能耗方面正是HEPA过滤系统的主要不足之处。

此外，对于采用HEPA的系统或者设备，不能忽略其二次污染的问题。美国的劳伦斯伯克利国家实验室2014年的一个研究表明，使用一段时间后没有及时更换滤芯的家用空气净化器由于其内部储存了较多的污染物，可能不但失去净化的功能，反而会给室内环境带来污染。（Hugo，2014）由于更换成本较高、对二次污染普遍认识不足等因素，造成不少HEPA空气净化器的用户不能及时更换滤芯，而处于另一种污染的威胁当中。

另外一种常见过滤设备属于静电、电子、离子类净化的范畴。这类设备一般都基于工业领域电除尘装置的原理，通常都是利用“平行板式电场”捕捉荷电颗粒（如CN101130180B，WO2012016481A1，CN101406798等），工业除尘的目的在于防止工业生产设备向大气的排放，而不会考虑对空气品质要求较高的例如室内生活空间、洁净室等地的需求（谭天祐等，1984）。除常见的平行平面板式系统以外，其他一些系统将平行的平面做了一些变换，如CN1980744B将基本的板式捕捉电场变换为多孔的方格形式，但是在密布的网格中布置不同电势差的集尘电极较为繁琐；如果采用所述开槽塑料板孔结构中增加隐藏电极的方法则又会增大制造成本以及降低捕捉面积；如果采用纯金属板孔结构的实施方式，则相比传统结构很难有实质的效率提升。CN101374605B则因为其电场捕捉颗粒的效果不能令人满意而采用板式捕捉电场后方再加一个滤芯的组合。增加一个过滤的层级理论上会提高净化器的净化效率。但是这样的静电加滤网的设置方式其实只是一种简单的组合。CN102164678B、CN1221358A以及其申请人在其他国家公布的专利如US6203600则将常见的平行平面通过卷绕变换为两条平行的螺线表面。这样虽可增大捕捉区域面积，但增加有限。

怀特比（Whitby，1978）根据大气污染颗粒物的表面积与粒度分布关系总结出了3种粒度分布的模态，即爱根核模（粒径小于0.1μm）、积聚模（粒径大于0.1μm小于2μm）和粗粒模（粒径大于2μm）。城市大气中颗粒物的分布大多属积聚模和粗粒模。其中积聚核膜颗粒不易去除，多数为二次颗粒物，多数硫酸盐颗粒属于此模态（胡敏等，2005）。

以上气体介质中悬浮颗粒对人体的毒害程度由以下几个因素构成：悬浮颗粒成分的毒性、悬浮颗粒的数量、悬浮颗粒的粒径（由于较小的颗粒可以直接从肺部进入人的血液，所以这部分颗粒的危害性尤其的大）、呼吸道的健康程度（人体清洁呼吸道的能力）、颗粒的特性（尤其是超细颗粒，有细菌、病毒、重金属等）。近年来我国频繁出现的严重大气污染，也就是程度较严重的灰霾，其中含有的就是对人体危害较大的超细颗粒物就是属于积聚模和粗粒模，因为这部分较小的颗粒，很大部分可通过呼吸道进入人体肺泡（吴兑，2012）如果面对这样较为严重的污染，现有系统或者装置显得不足。市场急需对大量较小的污染颗粒物也能有效去除的系统。

但是，目前国内对于不同的气体介质中悬浮物颗粒的组分、浓度及来源方面缺乏针对性的研究，尤其是对天然源和生物地球化学源等方面更是不足。（侯美伶等，2012）故而大多民用净化设备而对于PM2.5等较小或者超细的悬浮颗粒物净化效率不高。

驻极体纤维是一种可以较持久荷电的纤维。因其静电力作用，相对普通的滤网能提高对粉尘捕集率和气体过滤效率。驻极体作为净化吸附材料（例如CN102164677B）近年在民用净化的领域也得到一些应用。但驻极体纤维的电压通常只有几百至上千伏电压（杨荆泉等，2009）。由于电场强度低，而且无法调整电压值，捕捉效率存在瓶颈。这类材料使用后无法再生，也不易降解，其产品生命周期成本和环保成本都较高，不利于市场普及。